Motor a experimentální aparatura

Jako druhý motor byl použit traktorový motor Zetor 1505, p"epl#ovaný "adový !ty"válec o zdvihovém objemu 4.16 dm³, vrtání 105 mm, zdvihu 120 mm, maximálním to!ivém momentu 525 Nm p"i 1300-1500 min^-1, a maximálním výkonu 90 kW p"i 2200 min-1. Motor byl vybaven mechanicky "ízeným "adovým vst"ikovacím !erpadlem Motorpal (Jihlava, $R) s konstantním statickým po!átkem vst"iku pro všechny otá!ky a zatížení. Motor byl vybaven systémem recirkulace výfukových plyn% (EGR), který byl ovládán elektromagnetickým ventilem, spínaným p"i zatíženích pod cca 80%, krom nízkých otá!ek.

Motor byl zap%j!en pro ú!ely projektu Výzkumným ústavem traktor% (VÚTR), Brno. Tento motor byl získán nový, a byl zab hnut provozem na motorovou naftu po dobu 60 hodin, z toho druhých 30 hodin p"i jmenovitém výkonu.

Motor byl zpo!átku vybaven r%znopalivovým systémem DieselTherm, dodaným VÚTR za ú!elem vyzkoušení funk!nosti. Schéma tohoto systému je na Obr. 5-1.

Vst"ikovací

!erpadlo

Filtr paliva

Dopravní

!erpadlo Ventil

Ventil

Nádrž nafta

Nádrž olej Vým ník

tepla P"edfiltr

$erpadlo olej

Nafta Rostlinný olej Proplach

p"epad

Obr. 5-1: Schéma r%znopalivového systému DieselTherm

Tento systém m l n kolik závažných nedostatk%. Za prvé, sdílením filtru paliva o objemu cca 1 litr docházelo k míchání paliv ve filtru, !ímž nebylo dosaženo jedné ze základních funkcí r%znopalivového systému – dosažení p"ítomnosti nafty (bez p"ím si alternativního paliva) p"i odstavení motoru pro zajišt ní startovatelnosti studeného motoru. Za druhé, použití dvou palivových !erpadel v sérii vedlo k tlakovým ráz%m v palivovém filtru, kde bylo b žn dosahováno pr%m rných tlak% cca 5 bar a špi!kových tlak% p"evyšujících 10 bar. To vedlo k n kolikerému selhání palivového potrubí mezi výstupem filtru a vstupem do vst"ikovacího !erpadla. Za t"etí, nafta byla místo do nádrže vracena zp t do trojcestného ventilu a odtud do palivového filtru. To vedlo k navyšování teploty nafty až na 60-65 ºC, což se projevilo sníženým maximálním to!ivým momentem motoru p"i provozu na naftu po instalaci systému. (To je i zobrazeno na Obr. 5-5.)

Pozd ji došlo k vybavení motoru r%znopalivovým systémem firmy GreaseCar (Florence, Massachusetts, USA) a poté systémem vlastní konstrukce.

Jako palivo byla použita b žná nafta (dle $SN EN 590, od !erpací stanice ETK, Liberec,

$R) a "epkový olej palivové kvality (dle DIN V 51605, od firmy FabioProdukt, Holín, okr. Ji!ín,

"R). Hmotnostní složení oleje bylo dle analýzy [Laurin 2008a] 76,1% C, 15,4% H a 8.5% O, nižší hodnota výh#evnosti byla 36,9 MJ/kg, což je srovnatelné s publikovanými hodnotami (viz. kap. 2).

Motor byl vybaven dv ma dynamickými sníma!i tlaku ve spalovacím prostoru – nechlazeným piezoelektrickým sníma!em GM11 (AVL, Graz, Rakousko) na válci !. 1 a nechlazeným opto-mechanickým sníma!em PSI-Glow (Optrand, Michigan, USA) na válci !. 2. Oba sníma!e byly instalovány místo žhavicích sví!ek.

Pro orienta!ní, kvalitativní snímání tlaku ve vysokotlakém vst#ikovacím potrubí válce !. 1 byly použity dva identické nízkonákladové piezoelektrické sníma!e (CAP-6000, Capelec, Francie), p#ipevn né na vst#ikovací potrubí. Jeden sníma! byl instalován v blízkosti vst#ikovacího !erpadla, druhý v blízkosti vst#ikova!e, ve vzdálenosti cca 45 cm (m #eno podél potrubí) od sebe. Tyto sníma!e byly instalovány za ú!elem !asování po!átku nár$stu tlaku ve vst#ikovacím potrubí.

Výstupy ze všech piezoelektrických sníma!$ byly vedeny do nábojových zesilova!$ a odtud do aparatury vysokotlaké indikace. Výstup z optomechanického sníma!e tlaku byl nap %ový (0-5 V) a byl p#iveden p#ímo do aparatury pro indikaci. Poloha klikového h#ídele byla sledována s rozlišením 0,1 stupn inkrementálním sníma!em. Instalace sníma!$ pro dynamické m #ení tlak$

je zobrazena na fotografiích na Obr. 2. Typický výstup t chto sníma!$ je zobrazen na Obr. 5-4. Tlaky byly snímány s rozlišením 0,2 – 1,0 stupn klikového h#ídele (ºKH). V každém režimu bylo nam #eno n kolik soubor$, každý z nichž se sestával ze 150 po sob následujících pracovních ob h$.

Emise byly m #eny standardními laboratorními metodami [EHK R-49, Takáts 2000]: HC plamenoioniza!ním detektorem p#i 191ºC (Amluk, N mecko), CO (Horiba, Japonsko) a CO2

(Hartmann & Braun, N mecko) nedisperzními infra!ervenými analyzátory, NOx mokrým chemiluminiscen!ním analyzátorem p#i 55ºC (Emerson Process, USA) a suchým chemiluminiscen!ním analyzátorem (Horiba, Japonsko). Emise pevných !ástic byly m #eny gravimetrickou metodou s využitím tunelu pro #ed ní !ásti vzorku (Belasch, TUL, Liberec) s

#ed ním cca 10:1, p#i!emž pro každý režim byla použita nová dvojice filtr$ (PallFlex T60A20, 47 mm pr$m r, Pall, USA). Hmotnostní tok nasávaného vzduchu byl m #en termickým hmotnostním pr$tokom rem (Sierra Instruments, Monterrey, CA, USA). Okamžitá hmotnost nádrže s palivem byla pr$b žn m #ena laboratoními váhami s rozsahem 0-65 kg a s p#esností 2 g (Sartorius).

Emise byly dále m #eny p#enosnými za#ízeními vlastní výroby autora. Koncentrace CO a CO2 byly m #eny nedisperzním infra!erveným spektrometrem, koncentrace NO elektrochemickým !lánkem s rychlou odezvou. Koncentrace !ástic byly m #eny semikondenza!ním integrujícím nefelometrem na principu dop#edného rozptylu laserového paprsku !ásticemi obsaženými ve vzorku. Všechny tyto analyzátory m #ily s rozlišením 1 s. Pro m #ení byly použity ne#ed né výfukové plyny. Pro p#epo!et na hmotnostní emise byly nam #ené koncentrace násobeny m #eným hmotnostním pr$tokem vzduchu, korigovaným na nam #ený obsah CO2 ve výfukových plynech. Koncentrace !ástic v #ed ných výfukových plynech byly dále m #eny ioniza!ní komorou, jejíž odezva je p#ibližn úm rná celkové délce protékajících !ástic, s !asovým rozlišením 1 s.

Protože zkušební stanovišt nebylo vybaveno vhodným za#ízením pro #ed ní výfukových plyn$, pro #ed ní bylo použito odsávací potrubí výfukových plyn$ v laborato#i. Sou!asným m #ením koncentrací CO2 ve výfukových plynech a v odsávacím potrubí a m #ením pr$toku vzduchu nasávaného motorem bylo zjišt no, že #edicí pom r v tomto potrubí se pohybuje v rozmezí cca od 15:1 do 100:1, p#i!emž nebyl zjišt n vliv toku výfukových plyn$ motoru na celkový pr$tok #ed ných výfukových plyn$. Funkce odsávacího potrubí lze tudíž p#irovnat k funkci plnopr$to!ného #edicího tunelu s konstantním pr$tokem (CVS – Constant Volume Sampler), ve kterém, vzhledem ke konstatnímu pr$toku, jsou hmotnostní toky emisí p#ímo úm rné nam #eným koncentracím.

Indikace spalovacích tlak"

Snímání tlaku ve vst#ikovacím potrubí

Inkrementální sníma!

polohy klik. h#ídele

Obr. 5-2: Sníma!e indikovaného tlaku ve spalovacím prostoru a ve vysokotlakém palivovém potrubí – motor Zetor 1505.

Nár"st tlaku vyvolán ho#ením paliva

Nap tí generované piezoelektrickým sníma!em tlaku ve vst#ikovacím potrubí

Nár"st tlaku ve vst#ikovacím potrubí - u !erpadla d#íve než u vst#ikova!e

Indikovaný tlak ve spalovacím prostoru

Obr. 5-3: Pr"b hy indikovaných tlak" ve spalovacím prostoru a orienta!ních tlak" ve vysokotlakém palivovém potrubí – motor Zetor 1505.

Oba zmín né alternativní analyzátory byly na za!átku série m "ení zkalibrovány gravimetrickou metodou na hmotnostní koncentraci (nefelometr) nebo hmotnostní tok !ástic (ioniza!ní komora) tak, aby se nam "ené hmotnostní emise !ástic ze všech p"ístroj# shodovaly p"i provozu na naftu podle osmibodového testu ISO-8178.

P"i jedné sérii m "ení byly z tohoto improvizovaného "edicího tunelu dále odebírány vzorky do klasifikátoru pevných !ástic na principu elektrostatické mobility (Scanning Mobility Particulate Sizer, TSI, St. Paul, MN, USA) s cyklonem na vstupu. Výstup ze SMPS – !ástice vybrané velikostní kategorie – byl p"iveden do kondenza!ního !íta! !ástic (CPC, TSI, St. Paul, MN, USA, vpravo). Celá aparatura byla umíst na v dodávkovém automobilu na dvo"e. Aparaturu a odb rné místo z improvizovaného "edicího tunelu – odsávání výfukových plyn# z laborato"e – ukazuje Obr. 5-4.

Obr. 5-4: P"ístrojové vybavení (vlevo): Klasifikátor !ástic SMPS (TSI, St. Paul, MN, USA, vlevo) s cyklonem na vstupu a kondenza!ní !íta! !ástic (CPC, TSI, St. Paul, MN, USA, vpravo) umíst né v dodávkovém automobilu na dvo"e. Vpravo odb rné místo z improvizovaného "edicího tunelu – odsávání výfukových plyn# z laborato"e.